CN102539540B - 一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种超声导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，包括端盖、碟片弹簧、永磁铁、阻尼元件、磁致伸缩元件、基座、螺线圈骨架、自润滑轴承、螺线圈；以基座为基准，依次将磁致伸缩元件、阻尼元件和永磁铁固定在基座的圆柱形凹槽内，前端通过碟片弹簧与端盖形成的预紧机构预紧；采用上述结构的一种超声导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器检测距离长，操作简单，灵敏度高，适宜于旋转机械在线检测，而且不影响机械工作，基于磁致伸缩效应的超声导波换能器。

Description

一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器

技术领域

本发明创造涉及一种换能器机构，基于磁致伸缩效应的超声导波换能器，是自动化技术领域中的新型检测装置。

背景技术

无损检测技术是现代工业产品制造和使用过程中不可缺的检测手段之一，广泛应用于各种工业领域。一些形式较为特殊的结构，如管、板等，是无损检测中经常遇到的检测对象。这些大型结构的常规无损检测特别耗时，只因为探头需对所检结构逐点扫描。

发明内容

本发明创造针对以上问题上述技术方案的缺陷，本发明创造要解决的技术问题是提供一种检测距离长，操作简单，灵敏度高，适宜于旋转机械在线检测，而且不影响机械工作，基于磁致伸缩效应的超声导波换能器。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，包括端盖、碟片弹簧、永磁铁、阻尼元件、超磁致伸缩元件、基座、螺线圈骨架、自润滑轴承、螺线圈；基座为圆柱形，基座底端外侧径向延伸有环状凸起，基座前端的中心部轴向设有圆柱形凹槽；超磁致伸缩元件、阻尼元件和永磁铁为圆柱形；超磁致伸缩元件放置于圆柱形凹槽底端，阻尼元件放置于超磁致伸缩元件前端，且与超磁致伸缩元件前端面接触，永磁铁放置于阻尼元件前端，且与阻尼元件前端面接触；超磁致伸缩元件、阻尼元件和永磁铁中心同轴；端盖通过螺纹与基座连接；碟片弹簧放置于端盖内部永磁铁前端，且碟片弹簧小径端与永磁铁前端面接触，大径端与端盖内表面接触；自润滑轴承套置在基座上且卡接在基座外侧环状凸起前端，自润滑轴承与基座为固定连接；螺线圈骨架套置在自润滑轴承上且为固定连接；螺线圈由套置在螺线圈骨架外侧的激励线圈，和套置在激励线圈外侧的检测线圈组成；激励线圈与螺线圈骨架为过盈配合；检测线圈与激励线圈为过盈配合；永磁铁、阻尼元件、超磁致伸缩元件和基座相互之间通过超声凝胶连接固定，基座的材质为聚甲基丙烯酸甲酯塑料，阻尼元件的材质为异丁烯橡胶，永磁铁为钕铁硼永磁体。

由于采用了上述技术方案，本发明创造提供一种检测距离长，操作简单，灵敏度高，适宜于旋转机械在线检测，而且不影响机械工作，基于磁致伸缩效应的超声导波换能器。

上述说明仅是本发明创造技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明创造的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明创造的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为发明创造的剖面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，包括端盖1、碟片弹簧2、永磁铁3、阻尼元件4、超磁致伸缩元件5、基座6、螺线圈骨架7、自润滑轴承8、螺线圈9；基座6为圆柱形，基座6底端外侧径向延伸有环状凸起，基座6前端的中心部轴向设有圆柱形凹槽10；超磁致伸缩元件5、阻尼元件4和永磁铁3为圆柱形；超磁致伸缩元件5放置于圆柱形凹槽10底端通过超声凝胶固定与基座6固定，阻尼元件4放置于超磁致伸缩元件5前端，且与超磁致伸缩元件5前端面接触，永磁铁3放置于阻尼元件4前端，且与阻尼元件4前端面接触，超磁致伸缩元件5、阻尼元件4和永磁铁3中心同轴，上述各部件接触处都通过超声凝胶固定；端盖1通过螺纹与基座6连接，且与基座6形成直径与基座6螺纹端直径相同的圆柱形空腔；碟片弹簧2与端盖1构成一个整体，碟片弹簧2放置于端盖1内部永磁铁3前端，且碟片弹簧2小径端与永磁铁3前端面接触，大径端与端盖1内表面接触作为换能器的预紧机构；其中，碟片弹簧2作为预紧机构主要作用元件，具有较理想的预紧行程，不会增加执行器外型的长度；碟片弹簧2固定在端盖内表面1，与端盖1共同构成预紧机构，为内部的磁致伸缩元件5提供预紧力，同时能够固定内部元件；自润滑轴承8套置在基座6上且卡接在基座6外侧环状凸起前端，自润滑轴承8与基座6为固定连接，螺线圈骨架7套置在自润滑轴承8上且为固定连接，螺线圈9套置在螺线圈骨架7上，进而能够保证基座6和螺线圈9之间有一定空隙，使得二者相互分离，进而使得螺线圈9固定不动，基座6旋转的目的得以实现；螺线圈9由套置在螺线圈骨架7外侧的激励线圈11，和套置在激励线圈外侧的检测线圈12组成，激励线圈11与螺线圈骨架7为过盈配合；检测线圈12与激励线圈11为过盈配合；在检测过转轴程中，基座6后端面紧贴旋转轴，能够随着被测旋转轴转动，但是螺线圈9能够进行固定，不用随着被测旋转轴转动，螺线圈9与基座6之间不用接线；然后给螺线圈9通电，电流脉冲通过螺线圈9可以形成圆形的磁场环绕在超磁致伸缩元件5周围，超磁致伸缩元件5在此激励下会发生形变，产生正磁致伸缩效应(正磁致伸缩效应是指铁磁性材料受磁场作用时，它的尺寸大小、形状会发生变化的效应)，这样超声导波就能够传导到被测旋转轴上进行检测，当遇到腐蚀、裂纹、破损等缺陷时，导波会以新的频率返回，作用到超磁致伸缩元件5上，进而超磁致伸缩元件5会产生逆磁致伸缩效应(磁致伸缩逆效应是指当铁磁物体在原有恒定磁场作用下，同时受外力作用发生形变瞬间会引起内部磁场发生变化的效应)，磁感应强度随之发生变化，而变化的磁感应强度必定引起接收线圈中的电压变化，根据法拉第电磁感应定律，就可以通过测量电压信号达到接收导波的目的。在上述过程中，激励和接收导波都是通过换能器在同一端实现，这样就达到了同端激励和接收导波信号的目的；采用上述技术方案，本发明创造检测距离长，操作简单，灵敏度高，适宜于旋转机械在线检测，而且不影响机械工作，大大缩减了无损检测所需要的时间。

以上所述，仅是本发明创造的较佳实施例而已，并非对本发明创造作任何形式上的限制，虽然本发明创造已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明创造，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明创造技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明创造技术方案的内容，依据本发明创造的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明创造技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，其特征在于：包括端盖（1）、碟片弹簧（2）、永磁铁（3）、阻尼元件（4）、超磁致伸缩元件（5）、基座（6）、螺线圈骨架（7）、自润滑轴承（8）、螺线圈（9）；所述的基座（6）为圆柱形，所述的基座（6）底端外侧径向延伸有环状凸起，基座（6）前端的中心部轴向设有圆柱形凹槽（10）；所述的超磁致伸缩元件（5）、阻尼元件（4）和永磁铁（3）为圆柱形；所述的超磁致伸缩元件（5）放置于圆柱形凹槽（10）底端，所述的阻尼元件（4）放置于超磁致伸缩元件（5）前端，且与超磁致伸缩元件（5）前端面接触，所述的永磁铁（3）放置于阻尼元件（4）前端，且与阻尼元件（4）前端面接触；所述的超磁致伸缩元件（5）、阻尼元件（4）和永磁铁（3）中心同轴；所述的端盖（1）通过螺纹与基座（6）连接；所述的碟片弹簧（2）放置于端盖（1）内部永磁铁（3）前端，且碟片弹簧（2）小径端与永磁铁（3）前端面接触，大径端与端盖（1）内表面接触；所述的自润滑轴承（8）套置在基座（6）上且卡接在基座（6）外侧环状凸起前端，所述的自润滑轴承（8）与基座（6）为固定连接；所述的螺线圈骨架（7）套置在自润滑轴承（8）上且为固定连接；所述的螺线圈（9）由套置在螺线圈骨架（7）外侧的激励线圈（11），和套置在激励线圈（11）外侧的检测线圈（12）组成；所述的激励线圈（11）与螺线圈骨架（7）为过盈配合；所述的检测线圈（12）与激励线圈（11）为过盈配合。

2.根据权利要求1所述的一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，其特征在于：所述的永磁铁（3）、阻尼元件（4）、超磁致伸缩元件（5）和基座（6）每相邻两部件之间接触处通过超声凝胶固定。

3.根据权利要求1所述的一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，其特征在于：所述的基座（6）的材质为聚甲基丙烯酸甲酯塑料。

4.根据权利要求1所述的一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，其特征在于：所述的阻尼元件（4）的材质为异丁烯橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种超声波导波同端激励与接收的超磁致伸缩换能器，其特征在于：所述的永磁铁（3）为钕铁硼永磁体。

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